Stainless steel comes into the spotlight as a material of bipolar plate for a polymer membrane fuel cell due to its excellent mechanical properties, good corrosion resistance and low cost. However, thermal nitridation for the improvement of electrical conductivity declines corrosion resistance in PEMFC operating conditions due to the discontinuous external Cr-nitride. In this study, thermal nitridation with pre-oxidation and that with pickling process were performed for improvement of both corrosion resistance and electrical conductivity of 446M stainless steel. The surface treated 446M stainless steels are evaluated to assess the possibility as bipolar plate material for PEMFC. The result is compared with those of as-received and only nitrided 446M stainless steels. The pickling process remove the Cr-depletion region around the Cr-nitride and the pre-oxidation form the protective oxide layer on the surface of 446M stainless steel. The external Cr-nitride perform the role of electro-conductive channel. As a result, the nitrided 446M stainless steels with pre-oxidation or pickling exhibit improved corrosion properties and low interfacial contact resistance under simulated PEMFC operating environments.
스테인리스강은 우수한 기계적 성질과 내부식성, 가격 경쟁력으로 인해 고분자전해질 연료전지 금속분리판재로써 현재 크게 주목받고 있다. 그러나 스테인리스강의 표면 전기전도성을 향상시키기 위한 질화처리 공정은 불균일한 표면 질화물 형성으로 인해 기존 스테인리스강보다 내식성이 크게 저하되는 문제를 발생시킨다. 본 연구에서는 전산화처리 및 산세처리를 도입한 질화처리 공정을 수행함으로써 446M 스테인리스강의 내부식성과 전기전도성을 함께 향상시키고자 하였다. 표면처리를 수행한 스테인리스강은 고분자전해질 연료전기 분리판재로써의 적용가능성을 평가하기 위해 연료전지 작동환경을 모사한 분위기에서 부식실험을 수행하였고 표면접촉저항을 측정하였다. 산세처리 공정은 Cr 질화물 주변부에 형성된 Cr depleted zone을 제거하였으며 전산화처리공정은 표면을 보호하는 산화층을 형성시킴으로써 모재의 내식성을 크게 향상시켰다. 또한 표면의 Cr 질화물은 전도성 채널의 역할을 수행함으로써 표면접촉저항이 크게 감소하였다. 결과적으로 전산화처리 및 산세처리를 도입한 질화처리 공정은 446M 스테인리스강이 내식성과 전도성 측면에서 고분자전해질 연료전지 금속분리판재로써의 가능성을 높여주었다.
